Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的研究

采用热压工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料,测量了其力学性能.结果表明,当CaF2含量为10%(质量分数,下同)时,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的强度和硬度最高,分别达到了589MPa和HV1537.其微观结构显示,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料的晶粒大小均匀,基体组织成网状结构,有利于提高材料的强度.对Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料室温干摩擦下的摩擦磨损行为进行了研究,当CaF2含量为10%时,摩擦系数最低,约为0.28左右,CaF2含量为15%的陶瓷反而具有较大的摩擦系数,达到了0.32左右.研究表明,Al2O3/TiC/CaF2自润滑陶瓷材料能形成有效的减磨层,从而显著降低摩擦系数和磨损因子,具有一定的自润滑性能.     

Al2O3/TiC/CaF2陶瓷的摩擦磨损及自润滑膜的形成机理研究

采用热压烧结工艺制备了Al2O3/TiC/CaF2(ATF)陶瓷材料,在环-块式摩擦磨损试验机上与硬质合金配副对其进行了摩擦磨损性能实验,并分析了自润滑膜的形成过程和机理.结果表明:ATF自润滑陶瓷材料的摩擦系数随CaF2含量的增加而降低;当CaF2含量小于10%(质量分数)时,磨损率随着CaF2含量的增加而降低;当CaF2含量继续增加时,Al2O3/TiC/CaF2磨损率随CaF2含量增加而迅速升高.SEM照片表明在摩擦表面明显地形成了自润滑膜,这层润滑膜存在于摩擦副之间,从而明显地降低摩擦系数.ATF自润滑陶瓷材料中的固体润滑剂在摩擦热和摩擦力作用下,析出摩擦表面,当大量固体润滑剂析出并在摩擦表面拖覆时,便形成了自润滑膜.由于机械应力和热应力的共同作用,自润滑膜在反复摩擦下会产生裂纹,从而导致其破坏、脱落.在脱落部位,重新进入了自润滑膜的再生阶段,这样就形成了自润滑膜的生成、破损、脱落与再生的循环过程.     

新型Al2O3-TiC-WC纳米复合陶瓷刀具的研制

本课题在微米级Al2O3基体中添加纳米TiC和微米WC作为增强相,通过调整复合陶瓷材料中基体和增强相的含量、优化烧结工艺参数,成功制备出性能良好的Al2O3/TiC/WC纳米复合陶瓷刀具材料.并对该材料的力学性能、微观结构、压痕裂纹扩展形态进行了研究.结果表明,该材料不但保持了普通陶瓷刀具材料硬度高、耐磨性能好、不易与金属产生粘结、化学稳定性好的优点,而且改善了陶瓷刀具材料的综合力学性能、特别是高温力学性能.     

TiB_2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料的制备及力学性能

通过添加固体润滑剂h-BN,采用真空热压烧结工艺制备TiB2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料,对其密度和力学性能进行测试,并采用XRD和SEM对材料的物相和显微结构进行分析。结果表明:TiB2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料的相对密度为97.5%,抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别为652MPa、4.5MPa·m1/2和14.8GPa。片状结构的固体润滑剂hBN颗粒保存完整,分布均匀,而且可有效抑制基体TiB2晶粒的长大。材料的断裂模式是穿晶/沿晶断裂的混合型,以穿晶断裂为主。材料的增韧机理以裂纹偏转和裂纹桥联为主。TiB2/WC/h-BN自润滑陶瓷材料的摩擦因数低于0.3,与其他添加h-BN的自润滑陶瓷材料相比,具有良好的力学性能和摩擦性能。     

钛铁矿原位反应合成Al_2O_3-TiC颗粒增强铁基复合材料

利用钛铁矿铝热碳热原位还原技术成功制备了Al2O3-TiC增强铁基复合材料。通过XRD,SEM和力学性能检测方法分析了钛铁矿原位合成和添加合成两种方式对Al2O3-TiC增强铁基复合材料的组织和力学性能的影响。结果表明:利用钛铁矿合成的铁基复合材料的增强相为Al2O3,MgAl2O4,TiC和Fe相,添加合成过程中会发生一些硬质相TiC被氧化的现象。钛铁矿原位合成Al2O3-TiC增强铁基复合材料的基体组织呈粗大的块条状分布;添加合成的复合材料的铁基体以块状均匀分布。制备的Al2O3-TiC增强铁基复合材料的性能比较优良。材料的最佳综合力学性能为抗弯强度937MPa,维氏硬度532。     

含碳添加剂Al2O3基陶瓷复合材料的增韧机理

以碳为添加剂,利用热压工艺制得的Al2O3/TiC新型陶瓷复合材料,其断裂韧性比相应不含碳的AlO3/TiC陶瓷材料提高约20％。理论与实验分析表明：弱界面是获得高韧性陶瓷复合材料的一个有效途径,以石墨形态存在的碳在材料中不但能导致自发微裂纹的产生,而且还能形成弱界面,并在强弱界面的共同作用下以裂纹桥联、裂纹分支与裂纹转等多种增韧机制及其协同作用共同提高Al2O3/TiC陶瓷材料的断裂韧性。     

可加工Al2O3/BN纳米复合材料的抗热震性能

通过原位化学包覆工艺制备的可加工Al2O3/BN纳米复合材料,其抗热震性能明显优于Al2O3基体材料.热震温差△Tc从195℃提高到约395℃,抗热震损伤性能也得到相应的改善.高的抗热震断裂性能源于材料的弹性模量的大幅下降和保持了较高的强度;而优良的抗热震损伤性能则是因为具有弱层间结合的BN易产生大量的微裂纹,屏蔽了热弹性应变能,从而使热震裂纹趋向于准静态扩张.     

Al_2O_3/TiC-Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷的机械和摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用真空热压烧结制备了Al_2O_3/TiC Al_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷材料,其平均维氏硬度为20.7GPa,断裂韧性为4.5 MPa·m^(1/2),在垂直于叠层方向和平行于叠层方向上的抗弯强度差别不大,分别为323 MPa和353 MPa。在环盘式摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验,研究了该材料在干摩擦条件下与淬火45#钢配副时的摩擦磨损规律。用扫描电镜(SEM)及能量弥散X射线谱(EDS)观察了材料磨损前后的微观形貌并分析其成分组成及其磨损机理。结果表明:Al_2O_3/TiCAl_2O_3/TiC/CaF_2自润滑叠层陶瓷材料磨擦系数和磨损率均随着转速和载荷的升高而下降;具有自润滑特性;Al_2O_3/TiCAl_2O_3/TiC/CaF_2复合叠层陶瓷材料的磨损机理主要是磨粒磨损和黏着磨损。     

陶瓷材料弹塑性参数仪器化压入测试方法研究

该文以典型陶瓷材料Si3N4和Al2O3为例,分别应用材料弹性模量仪器化压入测试中的两种代表性方法——Ma方法和Oliver-Pharr方法 ,对两种材料的仪器化压入测试结果进行计算。结果表明:Ma方法对陶瓷材料弹性模量的测试误差小于Oliver-Pharr方法。利用两种不同面角的四棱锥压头分别对Si3N4和Al2O3材料进行仪器化压入实验,并结合有限元数值分析方法,确定Si3N4材料的塑性参数(屈服强度σy=7 800 MPa和应变硬化指数n=0.02)和Al2O3材料的塑性参数(屈服强度σy=4 100 MPa和应变硬化指数n=0.025),从而为进一步研究陶瓷材料力学性能参数仪器化压入识别方法提供一定的理论基础。     

MGH956合金TIG焊原位合金化对其组织性能的影响

采用TIG焊对氧化物弥散强化(ODS)高温合金MGH956进行原位合金化焊接.在相同的焊接条件下,填加两种不同的填充材料:与母材化学成分相似的基体填充材料,以及在基体填充材料基础上加入了合金元素Al和Fe2O3的Al-Fe2O3填充材料.通过对比分析两组试样在焊接过程中发生的原位合金化反应机理,及其对焊缝微观组织和力学性能的影响,研究原位合金化反应对ODS合金TIG焊接头组织与性能的影响.结果表明:在填充材料中加入Al和Fe2O3合金元素时,焊缝处的气孔数量明显减少,气孔尺寸也较为减小;焊缝中原位生成了新的增强相颗粒Al2O3、TiC以及YAlO3,同时,基体中的纳米级增强相Al-Y复合氧化物团聚倾向降低.力学性能试验结果表明,填加Al-Fe2O3填充材料时焊缝显微硬度值明显提高,接头抗拉强度达到了578 MPa,为母材强度的80.3%.     

SHS/PHIP制备TiC-Al2O3/Fe复合材料的性能

对 SHS/ PHIP技术制备出的 Ti C- Al2 O3/ Fe复合材料的性能进行了测试和分析。结果表明 ,Ti C- Al2 O3/Fe复合材料具有良好的综合力学性能。材料具有很高的比刚度。金属 Fe相的加入 ,较大地提高了材料的抗弯强度和断裂韧性。 Ti C- Al2 O3复相陶瓷为典型的脆性断裂 ;随着 Fe含量的增加 ,材料具有明显韧性断裂的特征     

La2O3-TiC/W复合材料组织结构与力学性能

采用真空热压烧结法制备La₂O₃-TiC/W复合材料,并对其组织结构和力学性能进行了研究。结果表明：在一定成分范围内,La₂O₃和TiC的加入提高了复合材料的力学性能,La₂O₃和TiC共同作用时的强化效果强于La₂O₃和TiC单独作用的强化效果,但La₂O₃-TiC/W复合材料的密度和相对密度随TiC含量的增加而下降,并进而影响硬度和弹性模量的提高, 适量的La₂O₃有益于相对密度的提高;抗弯强度在1%La2O3 5%TiC/W成分含量时出现最大值901MPa,而断裂韧性在成分含量为0.5%La₂O₃-10%TiC/W时出现最大值10.07MPa·m1/2。本研究中,1%La₂O₃-5%TiC/W成分配比时具有较好的综合力学性能。La₂O₃-TiC/W复合材料的强化机制为细晶强化和载荷传递,韧化机制为细晶韧化、裂纹偏转和桥接。     

真空退火对原位Al2O3/Fe-Cr-Ni增强复合材料性能的影响

铁铬镍合金具有良好的高温强韧性和抗蠕变性,被广泛应用于制造航空发动机、工业燃气轮机等设备。利用原位合成和热压烧结工艺制备Al2O3/Fe-Cr-Ni复合材料。为减少脆性相对复合材料性能的影响,将热压烧结试样在1000℃下真空保温2h后退火。采用XRD和SEM等测试方法,研究热处理后Al2O3/Fe-Cr-Ni复合材料的微观结构和常温力学性能。结果表明:Al2O3/Fe-Cr-Ni复合材料主要由Fe-Cr-Ni合金相、Fe-Cr相和Al2O3陶瓷增强相组成。热压烧结试样的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧度分别为4.16GPa、298.31MPa和8.04MPa·m1/2。经1000℃高温热处理后,复合材料中Fe-Cr相发生奥氏体转变和合金基体晶粒长大,导致硬度下降至2.98GPa。Fe-Cr-Ni合金基体中韧性相含量和基体连续性增加,使该复合材料的抗弯强度和断裂韧度明显上升,其值分别为459.33MPa和12.81MPa·m1/2。     

(SiC,TiB2)/B4C复合材料的烧结机理

研究了在热压条件下制备 (SiC, TiB₂)/ B₄C复合材料的烧结机理。认为烧结助剂的加入使本体系成为液相烧结,同时粉料的微细颗粒对复合材料的烧结致密也有重要贡献。分析和测量了制取的复合材料的相组成、显微结构和力学性能。结果表明,采用B₄C与Si₃N₄和少量SiC、TiC为原料,Al₂O₃＋Y₂O₃为烧结助剂,在烧结温度1800~1880℃,压力30 MPa的热压条件下烧结反应生成了SiC、TiB₂和少量的BN,制取了(SiC, TiB₂)/B₄C复合材料。所形成的晶体显微结构为层片状。制得的试样的硬度、抗弯强度和断裂韧性分别可达HRA88.6、540 MPa和5.6 MPa·m1/2。      

一种新型陶瓷材料及其耐磨性

对新型Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ陶瓷的磨粒磨损，冲蚀磨损及其在单颗粒作用下的摩擦磨损行为进行了研究。与ＡＴ３０（７０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３－３０ｗｔ％ＴｉＣ）陶瓷相比，Ａｌ２Ｏ３－ＴｉＣ－Ｃｏ陶瓷具有更为良好的耐磨性，金属钴的存在提高了基体的韧性，细化了晶粒，其综合力学性能得到了显著提高，ＡＴＣ陶瓷样品耐磨性与其强韧化水平和细致的组织结构有关。     

致密TiC-Al2O3复合陶瓷材料的自蔓延高温合成

本文通过自蔓延高温合成结合准热等静压法制备出了致密度为９７．２％的ＴｉＣ－Ａｌ２Ｏ３复合陶瓷,分析了合成产物的结构,组织和性能。结果表明,复合陶瓷由近乎球形的ＴｉＣ颗粒和不规则的Ａｌ２Ｏ３相组成,ＴｉＣ和Ａｌ２Ｏ３之间的界面光滑。     

Preparation of TiC/Ni3Al Composites by Upward Melt Infiltration

To whom correspondence should be addressedE-mail: yipan@public.hz.zj.cn1. IntroductionThe intermetallic compound Ni3AI is an attractive structural material for high temperature application because of a high modulus, good oxidation resistance and excellent creep resistanced]. One of themajor problems in the application of binary Ni3AIis its poor room-temperature ductility. Single crystal Ni3AI is ductile, but polycrystalline Ni3AI is brittle due to a severe illtergranular breakage at ambi…     

Mechanical properties of porous Al2O3 composite with surface modified multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs)

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) have been reinforced in alumina (Al2O3) matrix to overcome the inherent brittleness of the Al2O3 matrix. In this work, MWCNTs were treated by acid to provide hydrophilicity to hydrophobic MWCNTs, inducing the homogeneous dispersion of MWCNTs in an aqueous solution. Aluminum hydroxide (Al(OH)3) as a Al2O3 precursor was added in the solution with the modified MWCNTs, and then this mixture solution was filtered at room temperature. The prepared powders were calcinated at 800-1000 degrees C to reduce the gas pocket in the matrix by decomposition of Al(OH)3. Then the calcinated powders were formed, and heat-treated. The porous MWCNTs-Al2O3 composites show higher mechanical properties in flexure strength and hardness than the porous Al2O3 without the reinforcement phase, which is attributed to the high mechanical properties of MWCNTs. However, higher MWCNTs contents in the composites decrease the mechanical properties due to the aggregation of MWCNTs in the composites. Therefore, control of the MWCNTs content and its dispersibility in the matrix are key factors to be considered for the fabrication of the porous MWCNT-Al2O3 composites.     

Synthesis and mechanical properties of niobium aluminide-based composites

Niobium aluminide-based composites reinforced with in situ and externally added Al₂O₃ and TiC particulates were fabricated by hot-pressed sintering at 1400 °C. In particular, Nb₂Al–Al₂O₃–TiC in situ composites were successfully obtained from the raw powder mixtures of Nb60Al40 (in at.%)–TiO₂20C8 (in wt.%) by means of this process. The influences of ceramic particulates on the microstructures, flexural strength and fracture toughness were examined. The experimental results indicate that the presence of ceramic particulates yielded a remarkable improvement in both the strength and fracture toughness in comparison with previous results for monolithic niobium aluminide compounds.     

氧化铝基陶瓷复合材料的阻力曲线行为及其抗热震性能

采用压痕-弯曲强度法获得了Al₂O₃-SiC_W和Al₂O₃-TiC_P陶瓷基复合材料的裂纹扩展阻力曲线(R-曲线),并测试了材料的抗热震性能,分析了材料的阻力曲线行为与其抗热震性能之间的内在联系。结果表明:材料的阻力曲线行为与抗热震性之间存在明显的相关性。热震引起材料强度的下降幅度与其阻力曲线的陡峭程度及上升幅度有关。阻力曲线越陡峭,上升幅度越大,抗热震性也越好。其中Al₂O₃-SiC_W复合材料显示出更为优越的抗裂纹扩展能力与抗热震性能。扫描电镜观察及理论分析显示:晶须的拔出与桥联补强增韧机制是产生这一现象的主要原因。